環(huán)境工程第四章放射性廢水處理

第一篇

水質凈化與水污染控制工程第一章水質與水體自凈第二章水的物理化學處理方法第三章水的生物化學處理方法第四章放射性廢水處理方法第一頁，共三十二頁。

核反應和放射性對人們的生產(chǎn)、生活有巨大的幫助。1.在能源方面，核能的使用可以緩解能源短缺的現(xiàn)狀。2.安全運行中的核電站不僅不像火力發(fā)電站那樣排放污染性氣體，而且排出的放射性物質也小于火力發(fā)電站。這是因為火力發(fā)電站需要燃燒大量的煤，而煤中所含的天然放射性核素也會隨廢氣排出。3.在工業(yè)方面，管道無縫焊接是否合格，可以采用放射源進行探查，比如我們每家每戶的煤氣管道就進行過這樣的檢測。4.在農業(yè)方面，輻照滅菌可以使農產(chǎn)品保鮮，有利于長期貯存和運輸。5.在醫(yī)療方面應用就更為廣泛了。倫琴先生發(fā)現(xiàn)了X射線，并用來進行醫(yī)療顯像，從而獲得了首屆諾貝爾醫(yī)學獎。其產(chǎn)生的價值一直延續(xù)到現(xiàn)在。CT、核醫(yī)學顯像、牙片機、介入治療等無一不為人類健康做出了巨大貢獻。迄今為止，已經(jīng)有幾十項諾貝爾獎與放射性的發(fā)現(xiàn)、發(fā)展和應用有關。第四章放射性廢水處理方法第二頁，共三十二頁。第四章放射性廢水處理方法北京時間2011年3月11日13時46分，日本本州島仙臺港東130公里處發(fā)生里氏9.0級大地震并引發(fā)海嘯。此次地震也引發(fā)了一連串連鎖反應，其中最吸引全世界關注的是位于福島的核電站出現(xiàn)了核物質泄漏事故。第三頁，共三十二頁。第四頁，共三十二頁。第五頁，共三十二頁?；靖拍罘派湫晕廴臼侵腑h(huán)境中放射性物質的放射性水平高于天然本底或超過規(guī)定的衛(wèi)生標準放射性污染物主要指各種放射性核素,其放射性與化學狀態(tài)無關,每一放射性核素都能發(fā)射出一定能量的射線放射性核素排入環(huán)境中后,造成對大氣、水、土壤的污染,可被生物富集,使某些動植物特別是一些水生生物體內的放射性核素可比環(huán)境中的增高許多倍第六頁，共三十二頁。放射性廢物的管理實際上是包含對放射性廢物進行貯存、處理和處置等過程貯存是在處理前或處理后為日后進一步處理或處置而把放射性廢物貯存在貯罐中或收集在設施里，原則上要在有人管理下安全保管到所限定的時間處理是為放射性廢物運輸、貯存或處置而把放射性廢物做成適當狀態(tài)的操作，如濃縮、固化處理處置是將放射性廢物中所含的放射性核素處理到將來對人類的影響在容許限度以下的狀態(tài)，其作法有兩種，一是稀釋排放；二是與生物圈永久隔離基本概念第七頁，共三十二頁。放射性物質的危害放射性物質對人體的健康危害是很大的，放射性元素通過自身的衰變而放射出α、β粒子和γ量子（通稱為α、β和γ射線）。這些元素可以由多種途徑進入人體，它們發(fā)出的射線會破壞機體內的大分子結構，甚至直接破壞細胞和組織結構，給人體造成損傷。高強度射線會灼傷皮膚，引發(fā)白血病和各種癌癥，破壞人的生殖機能，嚴重的能在短期內致死。少量累積照射會引起慢性放射病，使造血器官、心血管系統(tǒng)、內分泌系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)等受到損害，發(fā)病過程往往延續(xù)幾十年。此外放射性輻射還有致畸、致突變作用，在妊娠期間受到照射極易使胚胎死亡或形成畸胎。第八頁，共三十二頁。為了加強對放射性廢物的管理,減少放射性污染及其危害,我國于年月日頒布了《中華人民共和國放射性污染防治法》。該法規(guī)定,向環(huán)境排放放射性廢氣、廢液，必須符合國家放射性污染防治標準。產(chǎn)生放射性廢液的單位，必須按照國家放射性污染防治標準的要求，對不得向環(huán)境排放的放射性廢液進行處理或者貯存。第九頁，共三十二頁。放射性污染的特點放射性廢物在處理方面與普通的工業(yè)廢物的一個根本區(qū)別，在于工業(yè)廢物的一些化學毒物(如酚、氰、有機磷等)能夠用物理、化學或者生物學的處理方法將其分解破壞，而放射性核素用這些方法卻不能被破壞，絲毫不能改變其衰變輻射的固有特性，只能靠其自然衰變來降低以至消失其放射性。因此，放射性廢物的處理，從根本上說無非是貯存與擴散兩種方式。第十頁，共三十二頁。高放廢水中放廢水低放廢水核燃料后處理固化封存放射性核素工作場所和實用的儀器、設備，在使用和廢棄前進行嚴格去污所產(chǎn)生的大量清洗液分離濃縮后固化封存放射性廢水

《中華人民共和國污水綜合排放標準》中規(guī)定：廢水中總α放射性最高允許排放活度為1Bq/L,總β放射性最高允許排放活度為10Bq/L放射性廢水的分類第十一頁，共三十二頁。放射性廢水的處理技術目前，用于分離濃縮放射性廢水和重金屬廢水中的有害金屬元素的傳統(tǒng)方法很多，主要包括：物化法和生化法。物化法包括吸附、電解、蒸發(fā)、結晶、磁分離、凍熔、離子交換、氫氧化物沉淀、硫化物沉淀、絮凝、過濾、溶劑萃取、鰲合離子吸附等方法。生化法主要有生物吸附法。生化法由于其處理流程復雜，處理周期長，運行管理難度較大等缺點，應用比較廣泛的是物化法。第十二頁，共三十二頁。

基本原理：借助外部加熱使溶液的部分溶劑被汽化，經(jīng)冷凝后成為含不揮發(fā)溶質較少的二次蒸汽冷凝液而得到凈化。蒸發(fā)濃縮法處理放射性廢水時，水不斷被汽化成為二次蒸汽從蒸發(fā)器中排出，放射性物質不被汽化保留在溶液中，因而得到濃縮。主要用于處理含有難揮發(fā)性放射性核素的廢水，可以得到很高的去污效果和濃縮效果。

優(yōu)點：該方法凈化效果好、靈活性大(即可處理高、中放廢水,也可處理低放廢水；可以單獨使用，也可以與其它方法聯(lián)合使用），理論與技術相對成熟，安全可靠。

缺點：該法不適合處理含有揮發(fā)性核素和易起泡沫的廢水；熱能消耗大，運行成本較高；同時在設計和運行時還要考慮腐蝕、結垢、爆炸等潛在威脅。為了提高蒸汽利用率，降低運行成本，各國在新型蒸發(fā)器的研制方面一直不遺余力，如蒸汽壓縮式蒸發(fā)器、薄膜蒸發(fā)器、真空蒸發(fā)器等新型蒸發(fā)器方面都取得顯著效果。放射性廢水的處理技術---蒸發(fā)濃縮第十三頁，共三十二頁。單效蒸發(fā)器多效蒸發(fā)器放射性廢水的處理技術---蒸發(fā)濃縮第十四頁，共三十二頁。

化學沉淀法：將沉淀劑與廢水中微量的放射性核素發(fā)生共沉淀作用的方法。廢水中放射性核素的氫氧化物、碳酸鹽、磷酸鹽等化合物大都是不溶性的，因而能在化學處理中被除去，而在化學絮凝劑或載體投量較大形成大量絮凝沉淀時，去除率就更高?；瘜W處理的目的是使廢水中的放射性核素轉移并濃集到小體積的污泥中去，而使大體積的廢水剩余很少的放射性，從而能夠達到排放標準。此法優(yōu)點是費用低廉，對大多數(shù)放射性核素具有良好的去除效果，能夠處理那些非放射性成分及其濃度以及流量變化相當大的廢水，使用的處理設施和技術都有相當成熟的經(jīng)驗。放射性廢水的處理技術---化學沉淀第十五頁，共三十二頁。鐵鹽、鋁鹽、磷酸鹽、蘇打等沉淀劑最為常用，為了促進凝結過程，常投加助凝劑，如粘土、活性二氧化硅、高分子電解質等，這些助凝劑在除去單種放射性同位素和混合裂變產(chǎn)物方面的效率很高，一般在pH7-8的范圍內應用，形成的污泥易于沉淀和過濾。對銫、釕、碘等集中難以去除的放射性核素要用特殊的化學沉淀劑。例如銫可用亞鐵氰化鐵、亞鐵氰化銅共沉淀去除；釕可用硫化亞鐵、仲高碘酸鉛共沉淀去除；碘可用碘化鈉和硝酸銀共沉淀去除。放射性廢水的處理技術---化學沉淀第十六頁，共三十二頁。運用化學沉淀法處理廢水其處理過程簡單、費用低，對凈化要求不高，體積較大的低放廢水的處理比較適用。影響凝聚沉淀凈化效率的因素較多，其中主要包括以下幾個方面：（1）廢水的pH值，不同的沉淀劑需要選擇對應最適宜的pH。（2）沉淀劑的用量，用量要與廢水中含有的膠體狀及懸浮狀物質量相對應，才能保證較好的凈化效果。（3）混合均勻程度，投加的沉淀劑在廢水中分布越均勻，沉淀過程越?jīng)Q。該法產(chǎn)生的放射性淤泥量大，一般為原水的1%~5%，為了便于貯存和處置，需進一步脫水，而采用一般的過濾法或離心法脫水都是很困難的。目前最有效的脫水方法是凍結-融化-真空或壓力過濾。目前化學沉淀法主要除了用于凈化去污要求不高的大體積低放廢水外還可以作為預處理手段同其它方法結合使用。放射性廢水的處理技術---化學沉淀第十七頁，共三十二頁。吸附法是利用多孔性固態(tài)物質吸附去除水中重金屬離子的一種有效方法。吸附法的關鍵技術是吸附劑的選擇，

吸附劑：活性炭。強吸附能力，去除率高，再生效率低，處理水質很難達到回用要求，價格貴，應用受到限制。殼聚糖及其衍生物。重金屬離子的良好吸附劑，殼聚糖樹脂交聯(lián)后，可重復使用。改性的海泡石。對Co、Ag有很好的吸附能力，處理后廢水中重金屬含量顯著低于污水綜合排放標準。蒙脫石。一種性能良好的粘土礦物吸附劑，蒙脫石在酸性條件下可達到良好處理效果，出水中十含量低。

放射性廢水的處理技術---吸附第十八頁，共三十二頁。

放射性廢水的處理技術---吸附沸石。沸石是一種天然礦物，在水處理工藝中常用作吸附劑，但它同時還兼有離子交換劑和過濾劑的作用。沸石與其他無機吸附劑相比，對于水的凈化具有較大的吸附能力和凈化效果，如去除水中放射性裂變產(chǎn)物的凈化系數(shù)（凈化系數(shù)是指處理前后水中放射性數(shù)值的比值)：高嶺土為4.5-6.2；硅石為3.3-4.3；軟錳礦為8.2；沸石為62-68。沸石的凈化能力比其他無極吸附劑高10倍。國內的天然沸石產(chǎn)于河北省赤城縣、黑龍江省牡丹江地區(qū)。沸石經(jīng)過化學處理，改為Na+型或NH4+型沸石，對各種金屬離子有良好的吸附性能。也可用來研究處理放射性廢水的實驗。第十九頁，共三十二頁。放射性廢水的處理技術---膜分離膜分離是利用特殊的薄膜對液體中某些成分進行選擇性透過的統(tǒng)稱。溶劑透過膜的過程稱為滲透，溶質透過膜的過程稱為滲析.在溶液中凡是一種或幾種成分不能透過，而其他成分能透過的膜，叫做半透膜。膜分離法是將溶液用半透膜隔開，使溶液中某種溶質或者溶劑（水）滲透出來，從而達到分離溶質的目的。第二十頁，共三十二頁。

常用的膜分離法有電滲析、反滲透、超濾、微濾等。近年來，膜分離技術發(fā)展速度極快，在污水處理、化工、生化、醫(yī)藥、造紙等領域廣泛應用，在放射性廢水處理領域的應用和研究也在逐漸增長。膜分離法共同優(yōu)點:是膜分離過程不發(fā)生相變；操作在常溫下進行；膜分離技術不僅適用于有機物還適用于無機物;裝置簡單，操作容易且易控制，便于維修且分離效率高。缺點:是處理能力較小，消耗能量多。

放射性廢水的處理技術---膜分離第二十一頁，共三十二頁。反滲透RO、微濾MF、超濾UF、納濾NF膜技術滲透電滲析反滲透納濾超濾微濾驅動力濃度差電位差壓力差壓力差壓力差壓力差操作孔徑/nm2～50（中孔）<2（微孔）<2（致密孔）<2（微孔）2～50（中孔）>50（大孔）分離范圍/nm荷電離子0.1～11～105～20080~2000應用回收酸、堿回收酸、堿、淡化和除鹽海水淡化飲用水處理高純水制備廢水處理去除相對分子量大于200～400的物質去除相對分子量大于1000～100000的物質去除膠體、懸浮固體和細菌?？山档蜐岫?、水消毒放射性廢水的處理技術---膜分離第二十二頁，共三十二頁。牟旭鳳等對應用聚合物輔助無機膜處理模擬放射性廢水進行研究，比較不同相對分子質量的三種聚丙烯酸和不同截留分子量的無機膜對模擬放射性廢水的處理效果。研究表明聚合物輔助超濾技術可以有效地去除廢水中的Sr2+和Co2+，去除效果良好。陳紅盛研究了用聚丙烯酸輔助的陶瓷膜分離技術處理含鍶、銫、鈷的重金屬廢水，在最佳P∶M值（聚丙烯酸與鍶、鈷、銫離子的質量濃度比）和最適pH時，廢水中三種重金屬離子的截留率分別為99.7%、95.1%和99.9%，實驗結果表明用聚丙烯酸輔助可以大大提高陶瓷膜對重金屬廢水中鍶、銫、鈷的去除效率。G.Zakrzewska-Trznadel研究了用膜蒸餾技術對低水平放射性廢水中的核素進行濃縮。放射性廢水的處理技術---膜分離應用案例及研究實例第二十三頁，共三十二頁。Kwang-HoChoo在不同的pH水平、初始Co濃度、背景離子濃度下研究納濾膜對模擬放射性廢液中Co的去除選擇性；深入研究了目標化合物（鈷）和多種組分化學平衡的關系。其中，使用納濾膜NTR7250，運行壓力為4.9bar，流速為1.0m/s時，對不同進水Co濃度和ph值的結果較好。MARKD.NEVlLLE等人在比利時的DoelPWR核電站建立了電化學離子交換法(EIX)工藝處理低放廢水的中試規(guī)模的處理車間。該系統(tǒng)連續(xù)運行了兩年，處理經(jīng)過常規(guī)鐵絮凝吸附過濾工藝處理的含Cs、Co及U的放射性活度約為50Bq/mL的低放廢水。出水放射性活度降至0.02Bq/mL，去污效率大于99.9%，去污系數(shù)為2500。EIX利用置于聚合有機濾膜內的離子交換樹脂，將電滲析與離子交換相結合，具有去污率高，膜污染低,常壓運行，進水適應性強等優(yōu)點。

放射性廢水的處理技術---膜分離應用案例及研究實例第二十四頁，共三十二頁。侯立安等采用超濾-納濾-離子交換組合工藝處理模擬核爆后放射性物質污染廢水，對碘、銫、钚、鈾等放射性物質進行去除，取得了高去除率。熊忠華等研究了超濾+反滲透新工藝在含钚低水平放射性廢水處理中的應用,膜分離系統(tǒng)采用中空纖維式超濾和卷式反滲透聯(lián)合組件。實驗探索了不同工藝參數(shù)對廢水處理的去污效率和體積減容倍數(shù)的影響，結果表明，作為新型膜分離系統(tǒng)，在料液pH=10時其去污效率達到99.94%，體積減容倍數(shù)達到12.5，為放射性廢水的體積最小化提供了新的處理工藝。放射性廢水的處理技術---膜分離應用案例及研究實例第二十五頁，共三十二頁。RH+M+RM+H+離子交換劑需交換的離子k1、離子交換劑離子交換樹脂樹脂本體活性基團固定離子活動離子圖陽離子交換樹脂結構示意圖水固定離子可交換離子乙二烯交聯(lián)鏈聚苯乙烯鏈離子交換過程的主要特點在于：它主要吸附水中的離子，并與水中的離子進行等量交換放射性廢水的處理技術---離子交換法第二十六頁，共三十二頁。許多放射性核素在水中呈離子狀態(tài)，特別是經(jīng)過化學沉淀處理后的放射性廢水，由于除去了懸浮的和膠體的放射性核素，剩下的幾乎是呈離子狀態(tài)的核素，其中大多數(shù)是陽離子。放射性核素在水中是微量存在的，因而很適合離子交換處理，并且在沒有非放射性離子(少數(shù)是陰離子)干擾的情況下，離子交換能夠長時間有效工作。大多數(shù)陽離子交換樹脂對放射性鍶有高的去除能力和大的交換容量；酚醛型陽樹脂能有效去除放射性銫，大孔型陽樹脂不僅能去除放射性陽離子，還能通過吸附去除以膠體形式存在的鋯、鈮、鈷和以絡合物形式存在的釕等。